JPH0562881A - Aligner - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、あるパターンを投影光
学系を介して物体上に転写する露光装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus which transfers a pattern onto an object via a projection optical system.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、技術革新の原動力となった半導体
装置はますます高密度化され、各々の素子の微細パター
ンは0.5μm以下に及ぼうとしている。このような微
細パターンの露光において、半導体製造時に必要とされ
るような多数回にわたる重ね合わせ露光を行なうために
は、各露光間の位置合わせが極めて大切であり、その重
ね合わせ精度は0.1μm以下が必要とされる。このよ
うな位置合わせ方法の従来例として、例えば特開昭63
−78004号公報に記載の構成が知られている。2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices, which have been the driving force of technological innovation, are becoming more and more dense, and the fine pattern of each element is about 0.5 μm or less. In the exposure of such a fine pattern, alignment between the exposures is extremely important in order to perform the multiple exposures required for semiconductor manufacturing, and the overlay accuracy is 0.1 μm. The following are required: As a conventional example of such an alignment method, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-63
The configuration described in Japanese Patent Publication No. 78004 is known.
【0003】以下、図15を参照して従来の露光装置に
ついて説明する。図15において、高精度な位置合わせ
を実現するために、レチクル114面上に形成された1
対の第1の格子110,110’によって波面分割され
た光束のうち、第1のレンズ115,115’のスペク
トル面付近に設けた空間フィルタ116,116’によ
って所定のスペクトルを選択的に通過させ、さらに第2
のレンズ系117,117’および投影レンズ119を
通過させ、ウェハ118上に設けた1対の第2の格子1
21,121’上に投影する。ウェハ118上の第2の
格子121,121’に2光束を適当な方向から投影す
ると、回折光同士が重なった方向に回折され、各々が干
渉する。この干渉した1対の回折光122,122’を
逆方向に投影レンズ119,第2のレンズ117,11
7’中を通過させ、その回折光強度を光検出器123,
123’で検出し、それらの差がゼロとなるようにウェ
ハ118を移動させることで、レチクル114とウェハ
118との高精度な位置合わせが可能となる。A conventional exposure apparatus will be described below with reference to FIG. In FIG. 15, 1 formed on the surface of the reticle 114 in order to realize highly accurate alignment.
Of the light beams divided by the pair of first gratings 110 and 110 ′, the predetermined spectrum is selectively passed by the spatial filters 116 and 116 ′ provided near the spectral planes of the first lenses 115 and 115 ′. And second
Of the second grating 1 provided on the wafer 118, passing through the lens systems 117 and 117 ′ and the projection lens 119.
Project on 21, 121 '. When two light beams are projected onto the second gratings 121 and 121 ′ on the wafer 118 from an appropriate direction, the diffracted lights are diffracted in the overlapping direction and interfere with each other. The pair of diffracted light beams 122 and 122 ′ that have interfered with each other are projected in the opposite direction to the projection lens 119 and the second lenses 117 and 11.
7 ', and the intensity of the diffracted light is detected by the photodetector 123,
It is possible to perform highly accurate alignment between the reticle 114 and the wafer 118 by moving the wafer 118 such that it is detected by 123 ′ and the difference therebetween becomes zero.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、露光光とアライメント光がほぼ同波長
であり、投影光学系が両者に対して同様に良好な結像性
能を発揮する場合のみ有効であるという問題がある。例
えば、将来露光光の主流となると期待されているエキシ
マレーザ等の紫外光に対しては、屈折光学系を構成する
ための硝子材料が限られているため、色収差を補正した
色消し投影光学系を構成することは極めて困難である。
このため、色収差を補正した色消し投影光学系は露光波
長でのみ十分に色補正されるように設計され、他の波長
の光に対しては非常に大きな色収差を示し、アライメン
ト光が投影レンズを通るようなアライメント系の構成は
非常に難しくなる。また、仮にアライメント光が投影レ
ンズを通らないような構成にすると、投影レンズはウェ
ハ上に覆いかぶさるように配置される装置構成から、ウ
ェハの露光位置と位置合わせする位置とが大きく離れる
ことになり、重ね合わせ精度が低下してしまうという問
題がある。However, in the above-mentioned structure, the exposure light and the alignment light have almost the same wavelength, and only when the projection optical system exhibits the same good imaging performance for both. There is a problem of being effective. For example, for ultraviolet light such as excimer laser, which is expected to become the mainstream of exposure light in the future, since the glass material for forming the refraction optical system is limited, an achromatic projection optical system in which chromatic aberration is corrected Is extremely difficult to construct.
Therefore, an achromatic projection optical system with corrected chromatic aberration is designed to be sufficiently color-corrected only at the exposure wavelength, and exhibits extremely large chromatic aberration with respect to light of other wavelengths, and the alignment light causes the projection lens to The configuration of an alignment system that passes through becomes very difficult. If the alignment light does not pass through the projection lens, the exposure position of the wafer and the alignment position will be greatly separated from the device configuration in which the projection lens is arranged so as to cover the wafer. However, there is a problem that the overlay accuracy is reduced.
【0005】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、アライメント光学系を小型化し、これを
投影レンズと結像面上の物体との中間に置くことを可能
とし、このアライメント系により物体の位置合わせが高
精度で行なえるようにした露光装置を提供することを目
的とする。The present invention solves such a conventional problem, and makes it possible to reduce the size of the alignment optical system and place it in the middle of the projection lens and the object on the image plane. It is an object of the present invention to provide an exposure apparatus capable of accurately aligning an object with a system.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、コヒーレントなアライメント光を出射す
る光源光学系と、前記アライメント光を物体上に照射し
て戻ってきた回折光を受光する位置ずれ検出光学系と、
受光した回折光を検出する受光光学系と、前記3つの光
学系を順に結合する柔軟性を有する光導波路とを備えた
ものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a light source optical system that emits coherent alignment light and a diffracted light that returns after irradiating the alignment light onto an object. Misalignment detection optical system,
It is provided with a light receiving optical system for detecting the received diffracted light and an optical waveguide having flexibility for sequentially coupling the three optical systems.
【0007】[0007]
【作用】したがって、本発明によれば、位置ずれ検出光
学系と光源光学系と受光光学系を柔軟性を有する光導波
路で結合することにより、位置ずれ検出光学系を小型化
し、装置への実装を容易にすることができる。しがたっ
て、極めて限られたスペースしかない投影レンズ直下に
位置ずれ検出光学系を配置することができ、振動・大気
の影響や装置の熱変形の影響を極小化した高精度なアラ
イメント系を有する露光装置を実現することができる。Therefore, according to the present invention, the positional deviation detecting optical system, the light source optical system, and the light receiving optical system are coupled by the optical waveguide having flexibility, so that the positional deviation detecting optical system is miniaturized and mounted on the apparatus. Can be facilitated. Therefore, the misalignment detection optical system can be placed directly under the projection lens, which has an extremely limited space, and it has a highly accurate alignment system that minimizes the effects of vibration, atmosphere, and thermal deformation of the device. An exposure apparatus can be realized.
【0008】[0008]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1は本発明の実施例における露光装置の
基本構成を示す概略構成図であり、X,Y,θの3軸の
位置合わせ系のうちX方向の1軸について示したもので
ある。図2は本発明の第1の実施例に用いられるウェハ
の位置ずれ検出を行なう位置ずれ検出光学系の概略構成
図、図3は同じく第1の実施例に用いられるレーザ光源
から出射されるレーザ光を光ファイバに結合させる光源
光学系の概略構成図である。図4は図3で示したレーザ
光源の詳細図、図5は第1の実施例におけるコリメータ
レンズの空間フィルタとしての働きを示す模式図、図6
は第1の実施例に用いられるウェハからの回折光を受光
するための受光光学系の概略構成図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the basic configuration of an exposure apparatus in an embodiment of the present invention, showing one axis in the X direction of a three-axis alignment system of X, Y and θ. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a positional deviation detecting optical system for detecting a positional deviation of a wafer used in the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a laser emitted from a laser light source similarly used in the first embodiment. It is a schematic block diagram of a light source optical system which couple | bonds light into an optical fiber. FIG. 4 is a detailed view of the laser light source shown in FIG. 3, FIG. 5 is a schematic view showing the function of the collimator lens in the first embodiment as a spatial filter, and FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a light receiving optical system for receiving diffracted light from a wafer used in the first embodiment.
【0009】図1において、1は位置合わせされる物体
であるウェハ、2はアライメント光を発生する光源光学
系、3はアライメント光をウェハ1上に照射する位置ず
れ検出光学系、4はウェハ1の位置ずれ情報を有するア
ライメント光を受光する受光光学系である。5は露光の
原盤であるレチクル、6は露光光、7は投影レンズ、8
はアライメント光である。20,21は光源光学系2と
位置ずれ検出光学系3とを結ぶ第1の光ファイバである
偏波面保持光ファイバ、28,29は位置ずれ検出光学
系3と受光光学系4とを結ぶ第2の光ファイバであるマ
ルチモード光ファイバであり、それぞれ柔軟性を有する
光導波路を構成する。In FIG. 1, 1 is a wafer which is an object to be aligned, 2 is a light source optical system for generating alignment light, 3 is a positional deviation detection optical system for irradiating the wafer 1 with alignment light, and 4 is a wafer 1. It is a light receiving optical system that receives the alignment light having the positional deviation information. Reference numeral 5 is a reticle that is an exposure master, 6 is exposure light, 7 is a projection lens, and 8 is a projection lens.
Is the alignment light. Reference numerals 20 and 21 denote polarization plane holding optical fibers which are first optical fibers connecting the light source optical system 2 and the positional deviation detection optical system 3, and 28 and 29 are first optical fibers connecting the positional deviation detection optical system 3 and the light receiving optical system 4. It is a multimode optical fiber which is the second optical fiber, and each constitutes an optical waveguide having flexibility.
【0010】以上のような構成において、以下その動作
について説明する。本実施例における位置合わせ光学系
は、光源光学系2、位置ずれ検出光学系3、受光光学系
4からなり、3つの光学系が互いに偏波面保持光ファイ
バ20,21、マルチモード光ファイバ28、29によ
り結合されている。また、投影レンズ7は露光光6によ
り照明されたレチクル5上のパターンをウェハ1上に結
像する。この結像は、通常5:1程度の縮小光学系のた
め、投影レンズ7とレチクル5の間隔は広く、投影レン
ズ7とウェハ1の間隔は狭くなっている。しかしなが
ら、本実施例における位置ずれ検出光学系3は、極めて
小型に作られているため、投影レンズ7の真下に置くこ
とが可能になっている。The operation of the above arrangement will be described below. The alignment optical system according to the present embodiment includes a light source optical system 2, a position shift detection optical system 3, and a light receiving optical system 4, and the three optical systems have polarization plane holding optical fibers 20, 21, a multimode optical fiber 28, and Bound by 29. Further, the projection lens 7 forms an image of the pattern on the reticle 5 illuminated by the exposure light 6 on the wafer 1. Since this image formation is usually a reduction optical system of about 5: 1, the distance between the projection lens 7 and the reticle 5 is wide, and the distance between the projection lens 7 and the wafer 1 is narrow. However, since the positional deviation detection optical system 3 in this embodiment is made extremely small, it can be placed directly below the projection lens 7.
【0011】光源光学系2は、図4に示すように、互い
に直交偏光した周波数がf1,f2のコヒーレント光を
発生するレーザ光源12を内蔵する。本実施例では、レ
ーザ管に磁場をかけることにより2周波を得るゼーマイ
ンレーザを用いている。As shown in FIG. 4, the light source optical system 2 contains a laser light source 12 for generating coherent light beams having frequencies f1 and f2 which are orthogonally polarized with respect to each other. In this embodiment, a Zemine laser is used which obtains two frequencies by applying a magnetic field to the laser tube.
【0012】このような光源光学系2の別の例として
は、一方向に伝播する超音波を用いた光変調器や、1周
波のコヒーレント光を発生する光源を有し、このコヒー
レント光を2光束に分割したのち、ドップラー効果を用
いて光の周波数をわずかに変化させる光学素子を用いて
2光束の周波数に差を与えるような光学系が利用でき
る。なお、周波数f1とf2の周波数差としては数十k
Hz〜数十MHzが一般的に使用できる。As another example of such a light source optical system 2, an optical modulator using an ultrasonic wave propagating in one direction and a light source for generating coherent light of one frequency are provided, and the coherent light 2 It is possible to use an optical system in which, after splitting into light beams, an optical element that slightly changes the frequency of light by using the Doppler effect is used to give a difference between the frequencies of two light beams. The frequency difference between the frequencies f1 and f2 is several tens of k
Generally, Hz to several tens of MHz can be used.
【0013】図3において、レーザ光源12から出射し
た周波数f1,f2を有するアライメント光(以下、ア
ライメント光f1,f2と称す。)は、偏光光学素子1
3でf1成分とf2成分に分割されたのち、(λ/2)
波長板16,17を用いて特定の方向に偏光した光とな
る。分割用偏光光学素子13としては、偏光ビームスプ
リッタのような誘電体多層膜を用いたものや、ウォラン
ストンプリズムのような複数屈折を用いたものが使用可
能である。また、波長板16,17により偏光方向を回
転させるが、その理由は偏波面保持光ファイバ20,2
1の偏光方向とアライメント光f1,f2の偏光方向を
合わせるためである。In FIG. 3, alignment light having frequencies f1 and f2 emitted from the laser light source 12 (hereinafter referred to as alignment lights f1 and f2) is polarized optical element 1.
After being divided into the f1 component and the f2 component in step 3, (λ / 2)
The light is polarized in a specific direction using the wave plates 16 and 17. As the polarization optical element 13 for division, an element using a dielectric multilayer film such as a polarization beam splitter or an element using multiple refraction such as a Wollaston prism can be used. Further, the polarization directions are rotated by the wave plates 16 and 17, because the polarization-maintaining optical fibers 20 and 2 are rotated.
This is because the polarization direction of 1 is aligned with the polarization directions of the alignment lights f1 and f2.
【0014】分割用偏光光学素子13により分割された
アライメント光f1とf2は、集光レンズ18,19に
より、偏波面保持光ファイバ20,21のコア上に集光
され、光ファイバ20,21内に導入される。光ファイ
バ20,21表面でのアライメント光の反射がレーザ管
に戻ることを防ぐために、適当な場所に光アイソレータ
14,15を挿入することは有用である。また、偏波面
保持光ファイバ20,21のコア径は極めて小さいた
め、光源光学系2で集光されたアライメント光のスポッ
トが位置ずれし、光ファイバ20,21への結合効率を
低下させる可能性がある。このため、光源光学系2は、
熱膨張や振動の影響を最小限にするため、高剛性かつ小
型に作る必要がある。The alignment lights f1 and f2 split by the splitting polarization optical element 13 are condensed on the cores of the polarization-maintaining optical fibers 20 and 21 by the condenser lenses 18 and 19, and the inside of the optical fibers 20 and 21. Will be introduced to. It is useful to insert the optical isolators 14 and 15 at appropriate places in order to prevent the reflection of the alignment light on the surfaces of the optical fibers 20 and 21 from returning to the laser tube. Further, since the polarization-maintaining optical fibers 20 and 21 have extremely small core diameters, the spot of the alignment light condensed by the light source optical system 2 may be displaced, and the efficiency of coupling to the optical fibers 20 and 21 may be reduced. There is. Therefore, the light source optical system 2 is
In order to minimize the effects of thermal expansion and vibration, it is necessary to make it highly rigid and compact.
【0015】偏波面保持光ファイバ20,21内に入射
したアライメント光f1,f2は、それぞれ偏光方向を
保持したまま、図2に示す位置ずれ検出光学系3へと導
かれる。偏波面保持光ファイバ20,21から出射した
アライメント光f1,f2は、コリメータレンズ22,
23へと導かれ、ここで平行光にされる。コリメータレ
ンズ22,23としては、出射光の波面精度が十分高
く、また大きさが小さいことを要求される。このような
レンズとしては、屈折率分布型レンズ(GRINレン
ズ)や非球面レンズが適当である。コリメータレンズ2
2,23により平行にされたアライメント光f1とf2
は、落射ミラー24を経て、ウェハ1上の回折格子から
なる位置合わせマーク25上へ照射される。The alignment lights f1 and f2 that have entered the polarization-maintaining optical fibers 20 and 21 are guided to the positional deviation detection optical system 3 shown in FIG. 2 while maintaining their polarization directions. The alignment lights f1 and f2 emitted from the polarization maintaining optical fibers 20 and 21 are collimator lenses 22 and
It is led to 23 and is collimated here. The collimator lenses 22 and 23 are required to have sufficiently high wavefront accuracy of emitted light and small size. As such a lens, a gradient index lens (GRIN lens) or an aspherical lens is suitable. Collimator lens 2
Alignment lights f1 and f2 made parallel by 2, 23
Is irradiated onto an alignment mark 25 formed of a diffraction grating on the wafer 1 via an epi-illumination mirror 24.
【0016】アライメント光f1,f2のウェハ1表面
への入射角θは、ウェハ1上の位置合わせマーク25の
回折格子のピッチをP、アライメント光の波長をλとし
て次式(1)のように設定されている。The incident angle θ of the alignment lights f1 and f2 on the surface of the wafer 1 is represented by the following equation (1), where P is the pitch of the diffraction grating of the alignment mark 25 on the wafer 1 and λ is the wavelength of the alignment light. It is set.
【0017】 θ=sin-1(λ/P) ・・・(1)Θ = sin −1 (λ / P) (1)
【0018】このような入射角θでアライメント光f
1,f2が入射すると、回折格子25で回折されたアラ
イメント光f1,f2はともに上方に向かう。ここで、
f1とf2の電界強度E1,E2は、それぞれ式
(2)、式(3)のように表わされる。ただし、ω1と
ω2はf1とf2の角速度、φ1とφ2は偏波面保持光
ファイバ20,21のアライメント光f1,f2に対す
る光路長分の位相遅れである。At such an incident angle θ, the alignment light f
When 1 and f2 are incident, the alignment lights f1 and f2 diffracted by the diffraction grating 25 both go upward. here,
The electric field intensities E1 and E2 of f1 and f2 are expressed by equations (2) and (3), respectively. However, ω1 and ω2 are angular velocities of f1 and f2, and φ1 and φ2 are phase lags of the polarization-maintaining optical fibers 20 and 21 with respect to the alignment lights f1 and f2 by an optical path length.
【0019】 E1=A1・cos(ω1・t+2πx/P+φ1) ・・・(2)E1 = A1 · cos (ω1 · t + 2πx / P + φ1) (2)
【0020】 E2=A2・cos(ω2・t−2πx/P+φ2) ・・・(3)E2 = A2 · cos (ω2 · t-2πx / P + φ2) (3)
【0021】アライメント光f1とf2は、このように
して同一方向に進むので、互いに干渉し、この結果式
(4)のような周波数(f1−f2)で光強度Isが変
化をするようなビート光を発生する。Since the alignment lights f1 and f2 travel in the same direction in this way, they interfere with each other and, as a result, a beat whose optical intensity Is changes at the frequency (f1-f2) as shown in equation (4). Emits light.
【0022】 Is=(E1+E2)2 =A12 +A22 +2A1・A2・cos((ω1−ω2)t +4πx/P+(φ1−φ2)) ・・・(4)Is = (E1 + E2) 2 = A1 2 + A2 2 + 2A1 · A2 · cos ((ω1-ω2) t + 4πx / P + (φ1-φ2)) (4)
【0023】このビート光をコリメータレンズ26で再
びマルチモード光ファイバ28へ導入し、このビート光
よりウェハ1の位置ずれ量を検出する。マルチモード光
ファイバ28,29を使用する理由は、マルチモード光
ファイバだとコア系が大きく、アライメント光を再結合
するさいに位置ずれの影響を受けにくいことと、既にア
ライメント光f1,f2は干渉しあっているために、波
面を保持する必要がないためである。The beat light is introduced again into the multimode optical fiber 28 by the collimator lens 26, and the positional deviation amount of the wafer 1 is detected from the beat light. The reason for using the multi-mode optical fibers 28 and 29 is that the multi-mode optical fibers have a large core system and are not easily affected by misalignment when the alignment lights are recombined, and the alignment lights f1 and f2 already interfere. This is because there is no need to hold the wavefront because they are in agreement.
【0024】ところで、光ファイバの光学的長さは温度
や応力により大きく変化する。例えば、1mの光ファイ
バの温度が1°C上昇すると、10〜20波長分くらい
の光路長変動をもたらす。また、1mの光ファイバにか
かる圧力が1Pa変化した場合、10-6〜10-5波長分
の光路長変動をもたらす。このことは偏波面保持光ファ
イバ20と21の置かれる環境の間にわずかな差があれ
ば、式(2)、式(3)における(φ1−φ2)が変化
して位置ずれ検出に誤差を生ずることがわかる。そこ
で、ビームサンプラ30は、この(φ1−φ2)を別途
計測するために置かれ、ビームサンプラ30により一部
分割されたアライメント光f1,f2は、ガラス板31
上に形成されたウェハ1と同じピッチの回折格子32上
に照射される。ガラス31板上の回折格子32は固定さ
れているため、ビート光を生じる。このビート光は、そ
の光強度をIrとすると、式(5)のように表わされ
る。By the way, the optical length of the optical fiber greatly changes depending on temperature and stress. For example, if the temperature of an optical fiber of 1 m rises by 1 ° C., an optical path length variation of about 10 to 20 wavelengths is brought about. Further, when the pressure applied to the 1 m optical fiber changes by 1 Pa, the optical path length variation of 10 −6 to 10 −5 wavelength is brought about. This means that if there is a slight difference between the environments in which the polarization-maintaining optical fibers 20 and 21 are placed, (φ1−φ2) in the equations (2) and (3) will change and an error will occur in the positional deviation detection. You know that it will happen. Therefore, the beam sampler 30 is placed to measure this (φ1−φ2) separately, and the alignment lights f1 and f2 partially divided by the beam sampler 30 are reflected by the glass plate 31.
Irradiation is performed on the diffraction grating 32 having the same pitch as the wafer 1 formed above. Since the diffraction grating 32 on the glass plate 31 is fixed, beat light is generated. This beat light is expressed as in equation (5), where Ir is the light intensity.
【0025】 Ir=A12 +A22 +2A1・A2・cos((ω1−ω2)t +(φ1−φ2)) ・・・(5)Ir = A1 2 + A2 2 + 2A1 · A2 · cos ((ω1−ω2) t + (φ1−φ2)) (5)
【0026】このビート光も信号光と同様にマルチモー
ド光ファイバ29内へとコリメータレンズ27により導
かれる。ここで回折格子32が形成されたガラス板31
は、アライメント光に対して斜めに置くことが大切であ
る。なぜなら、回折光は透過方向だけでなく反射方向に
も生じ、また、ガラス板31をアライメント光に対して
垂直に置いた場合、反射回折光33はウェハからの反射
回折光と混ざり、位置ずれ検出精度を低下させる可能性
があるからである。また、回折格子32が形成されたガ
ラス板31は、アライメント光f1,f2を互いに干渉
させるように配置したハーフミラーでも代用できる。This beat light is also guided into the multimode optical fiber 29 by the collimator lens 27 in the same manner as the signal light. Here, the glass plate 31 on which the diffraction grating 32 is formed
Is important to be placed at an angle to the alignment light. This is because the diffracted light is generated not only in the transmission direction but also in the reflection direction, and when the glass plate 31 is placed perpendicularly to the alignment light, the reflected diffracted light 33 mixes with the reflected diffracted light from the wafer to detect the positional deviation. This is because the accuracy may be reduced. Further, the glass plate 31 on which the diffraction grating 32 is formed can be replaced with a half mirror arranged so that the alignment lights f1 and f2 interfere with each other.
【0027】ウェハ1上の回折格子25は、ウェハ1が
受ける各プロセスにより多種多様に変化する。一般的に
は、半導体材料により形成される凹凸の上にアライメン
ト光に対して透明なレジストを塗布した形であり、アラ
イメント光に対しては光学多層膜として作用する場合が
多い。光学多層膜は光の偏光方向に対しその作用が敏感
に変化するため、アライメント光f1,f2は、ウェハ
1に対してP偏光(入射平面内での偏光)、またはS偏
光(入射平面に垂直な偏光)のどちらにかたよっていて
も、ウェハ1の表面状態の影響を受けやすくなり不利で
ある。このため、偏波面保持光ファイバ20,21の出
口において偏光方向が45°傾くように光ファイバ2
0,21を固定している。こうすることによりウェハ1
面上ではP偏光とS偏光が5:5の割合になり、ウェハ
1の状態からくる悪影響を最小限に抑えることができ
る。The diffraction grating 25 on the wafer 1 is variously changed depending on each process that the wafer 1 receives. Generally, it is a form in which a resist transparent to alignment light is applied on the unevenness formed of a semiconductor material, and often acts as an optical multilayer film for alignment light. Since the action of the optical multilayer film changes sensitively to the polarization direction of light, the alignment lights f1 and f2 are either P-polarized light (polarized light in the incident plane) or S-polarized light (perpendicular to the incident plane) with respect to the wafer 1. It is disadvantageous because it is easily influenced by the surface state of the wafer 1 regardless of which of the polarized light). Therefore, the optical fiber 2 is arranged so that the polarization direction is inclined at 45 ° at the exits of the polarization-maintaining optical fibers 20 and 21.
0 and 21 are fixed. By doing this, wafer 1
On the surface, the ratio of P-polarized light and S-polarized light is 5: 5, and the adverse effect from the state of the wafer 1 can be minimized.
【0028】ここで、ウェハ1の表面がアルミパターン
等で荒れていた場合を考えると、回折したアライメント
光(回折光)34の中にアルミパターンからのスペック
ルも混じることになる。このような回折光34をコリメ
ータレンズ26で受けたときの焦点面上(マルチモード
光ファイバ28面上)での光パターンを図5に示す。こ
の図から明らかなように、中央部に配置されるマルチモ
ード光ファイバ28のコア35には、スペックル光36
を排除したアライメント光34が受光されることがわか
る。このようにコリメータレンズ26とコア35はアラ
イメント光34に対する空間フィルタとしても作用する
ことがわかる。Here, considering the case where the surface of the wafer 1 is roughened by an aluminum pattern or the like, speckles from the aluminum pattern are mixed in the diffracted alignment light (diffracted light) 34. FIG. 5 shows an optical pattern on the focal plane (on the surface of the multimode optical fiber 28) when such diffracted light 34 is received by the collimator lens 26. As is clear from this figure, the speckle light 36 is contained in the core 35 of the multimode optical fiber 28 arranged in the central portion.
It can be seen that the alignment light 34 from which is excluded is received. Thus, it can be seen that the collimator lens 26 and the core 35 also act as a spatial filter for the alignment light 34.
【0029】次に、図6を用いて受光光学系4について
説明する。受光光学系4では、2本のマルチモード光フ
ァイバ28,29により伝送されてきたアライメント光
をホトマルチプライヤ等の光検出器37,38に導入
し、電気信号に変換する。電気信号に変換された2つの
信号間の相対位相差を位相比較器39で検出すると、式
(4)、(5)から式(6)のようになり、ウェハ1の
位置ずれxに比例した出力を得ることができる。Next, the light receiving optical system 4 will be described with reference to FIG. In the light receiving optical system 4, the alignment light transmitted by the two multimode optical fibers 28 and 29 is introduced into photodetectors 37 and 38 such as a photomultiplier and converted into electric signals. When the relative phase difference between the two signals converted into the electric signal is detected by the phase comparator 39, the expressions (4) and (5) are changed to the expression (6), which is proportional to the positional deviation x of the wafer 1. You can get the output.
【0030】 (Isの位相)−(Irの位相)=4πx/P ・・・(6)(Phase of Is) − (Phase of Ir) = 4πx / P (6)
【0031】したがって、この出力を基にして位置ずれ
量が零になるようにウェハステージ40を移動すること
により、ウェハ1の投影レンズ7に対する位置ずれをな
くすことができる。Therefore, by moving the wafer stage 40 based on this output so that the amount of positional deviation becomes zero, the positional deviation of the wafer 1 with respect to the projection lens 7 can be eliminated.
【0032】以上のように、本実施例では、露光装置本
体とは離れた位置に配置された光源光学系2から、光フ
ァイバ20,21によりアライメント光を投影レンズ7
の直下に置かれた位置ずれ検出光学系3に導き、位置ず
れ検出光学系3からアライメント光をウェハ1の位置合
わせマーク25上に照射し、ウェハ1からの回折光34
を再び光ファイバ28,29により受光光学系4へ送
り、光検出器37,38でウェハ1の位置ずれ情報を持
ったビート光を電気信号に変換し、位相比較器39でウ
ェハ1の位置ずれ量を求め、これに基づきウェハステー
ジ40を動かし、ウェハ1の位置ずれ量が零になるよう
に制御することにより、投影レンズ7に対するウェハ1
の位置合わせを高精度で行なうことができる。As described above, in the present embodiment, the alignment light is projected from the light source optical system 2 arranged at a position apart from the exposure apparatus main body by the optical fibers 20 and 21 to the projection lens 7.
Is guided to the misalignment detection optical system 3 placed immediately below, and the alignment light from the misalignment detection optical system 3 is irradiated onto the alignment mark 25 of the wafer 1, and the diffracted light 34 from the wafer 1 is emitted.
Is again sent to the light receiving optical system 4 through the optical fibers 28 and 29, the photodetectors 37 and 38 convert the beat light having the positional deviation information of the wafer 1 into an electric signal, and the phase comparator 39 shifts the positional deviation of the wafer 1. The wafer 1 is moved with respect to the projection lens 7 by obtaining the amount and moving the wafer stage 40 based on the amount to control the displacement of the wafer 1 to zero.
Can be aligned with high accuracy.
【0033】以上、本発明につき第1の実施例を用いて
説明したが、本実施例の利点は、まず光源光学系2と受
光光学系4を位置ずれ検出光学系3から光ファイバ2
0,21,28,29を用いて分離したことにより、位
置ずれ検出光学系3を小型化し、また熱源となるレーザ
光源12を繊細な機構部分から遠ざけることができるこ
とである。位置ずれ検出光学系3が小型化されることに
より、この光学系3の露光装置内での配置の自由度が増
大し、位置ずれ検出光学系3を投影レンズ7とウェハ1
との間の極めて狭い場所に配置することができるように
なる。このため、露光位置に極めて近い場所での位置合
わせが行なえるようになっただけでなく、レーザ干渉計
測で最も検出誤差となりやすい大気からの影響を最小限
にすることが可能となる。さらに、位置ずれ検出光学系
3の中に基準となるような回折格子32を設置し、この
光学系3全体をコンパクトに構成したことにより、振動
その他の外乱に極めて強い光学系を実現することができ
る。また、レーザ光源12からの熱を露光装置本体に伝
えないことにより、熱的な機構の変形を防止することが
でき、安定した位置合わせ動作を保証できるようにな
る。さらにまた、光ファイバという極めて柔軟性の高い
光導波路を用いてアライメント系を構成しているので、
装置への実装、光軸調整がきわめて容易になり、他の装
置への転用も容易であるという利点もある。Although the present invention has been described with reference to the first embodiment, the advantage of this embodiment is that the light source optical system 2 and the light receiving optical system 4 are first moved from the positional deviation detection optical system 3 to the optical fiber 2.
By using 0, 21, 28, and 29 for separation, the positional deviation detection optical system 3 can be downsized, and the laser light source 12, which is a heat source, can be kept away from the delicate mechanism portion. The downsizing of the positional deviation detection optical system 3 increases the degree of freedom of arrangement of the optical deviation 3 in the exposure apparatus, and the positional deviation detection optical system 3 is connected to the projection lens 7 and the wafer 1.
It becomes possible to arrange it in an extremely narrow place between and. For this reason, not only is it possible to perform alignment at a position extremely close to the exposure position, but it is also possible to minimize the influence from the atmosphere that is most likely to be a detection error in laser interferometry. Further, a diffraction grating 32 serving as a reference is installed in the positional deviation detection optical system 3 and the entire optical system 3 is made compact, so that an optical system extremely resistant to vibration and other disturbances can be realized. it can. Further, by not transmitting the heat from the laser light source 12 to the main body of the exposure apparatus, it is possible to prevent thermal deformation of the mechanism and to ensure a stable alignment operation. Furthermore, because the alignment system is constructed using an extremely flexible optical waveguide called an optical fiber,
There is also an advantage that mounting on a device and adjustment of an optical axis are extremely easy, and that diversion to another device is easy.
【0034】さて、上記第1の実施例では、位置合わせ
の場所と露光位置がきわめて近い位置合わせ(OffA
xisアライメント)用の光学系であったが、次に述べ
る本発明の第2の実施例では、位置合わせの場所と露光
位置が同一であるような位置合わせ(OnAxisアラ
イメント)用の光学系の構成が、図7から図12に示さ
れている。これらの図において、上記第1の実施例の説
明に用いた符号が、同様な要素に対して用いられてい
る。In the first embodiment, the position of alignment and the exposure position are extremely close (OffA).
However, in the second embodiment of the present invention described below, the configuration of an optical system for alignment (OnAxis alignment) such that the position of alignment and the exposure position are the same. Are shown in FIGS. In these figures, the reference numerals used in the description of the first embodiment above are used for similar elements.
【0035】OnAxisアライメントを行なう際に重
要なことは、露光光を蹴ることなくアライメント光を露
光光束の中に導き入れることである。一般的には露光光
とアライメント光の波長の違いを利用して、ダイクロイ
ックミラー等でアライメント光を露光光の中に導き入れ
る。しかしながら、今回のように位置ずれ検出光学系3
を投影レンズ7とウェハ1の間という極めて限られたス
ペースに配置する場合には、ダイクロイックミラーを使
用することは不可能である。What is important in performing the OnAxis alignment is to guide the alignment light into the exposure light beam without kicking the exposure light. Generally, the alignment light is guided into the exposure light by a dichroic mirror or the like by utilizing the wavelength difference between the exposure light and the alignment light. However, as in this time, the displacement detection optical system 3
Is to be placed in a very limited space between the projection lens 7 and the wafer 1, it is impossible to use a dichroic mirror.
【0036】そこで、本発明の第2の実施例では、図7
に示すように、露光光専用に設計製作された投影レンズ
7の最下面であるコーティング面41をダイクロイック
ミラーの代用としている。コーティング面41は露光光
に対してほぼ100%の透過効率を示し、アライメント
光に対しては極めて低い透過効率を持つように設計され
ている。すなわち、投影レンズ7の最下面であるコーテ
ィング面41は、平面または曲率の大きな面からなり、
アライメント光8に対してはほぼ完全な反射面として作
用する。Therefore, in the second embodiment of the present invention, as shown in FIG.
As shown in, the coating surface 41, which is the bottom surface of the projection lens 7 designed and manufactured exclusively for exposure light, is used as a substitute for the dichroic mirror. The coating surface 41 has a transmission efficiency of almost 100% with respect to the exposure light and is designed to have an extremely low transmission efficiency with respect to the alignment light. That is, the coating surface 41, which is the lowermost surface of the projection lens 7, is a flat surface or a surface having a large curvature,
The alignment light 8 acts as a nearly perfect reflecting surface.
【0037】次に、本発明の第2の実施例における光源
光学系2および位置ずれ検出光学系3について説明す
る。光源光学系2は、図3に示す第1の実施例における
光源光学系2と同じ構成および機能を有する。位置ずれ
検出光学系は、図8に示すように、図2に示す第1の実
施例に対し、コリメータレンズ26の代わりに結像レン
ズ44が、マルチモード光ファイバ28の代わりに画像
伝送光ファイバ43が、また落射ミラー24の代わりに
折り返しミラー42が配置されている点が異なる。結像
レンズ44は、ウェハ1の位置合わせマーク(回折格
子)42を画像伝送光ファイバ43面上に結像するため
のものであり、GRINレンズや小型球面・非球面レン
ズが使用できる。画像伝送光ファイバ43は、図11に
示すように、1本の光ファイバの中に多数のコアがクラ
ッドを共有するように溶融一体化された光ファイバであ
り、入射端面の像をそのまま出射端面に再現することが
できる。このことから、結像レンズ44と画像伝送光フ
ァイバ43の組み合わせにより、ウェハ1上の位置合わ
せマーク45の状態を受光光学系4の中に再現すること
ができる。また、折り返しミラー42は、位置ずれ検出
光学系3からのアライメント光を投影レンズ7のコーテ
ィング面41に向けたり、ウェハ1上の位置合わせマー
ク45から反射してコーティング面41で反射された回
折光を再び位置ずれ検出光学系3に向けるために用いら
れる。Next, the light source optical system 2 and the positional deviation detecting optical system 3 in the second embodiment of the present invention will be described. The light source optical system 2 has the same configuration and function as the light source optical system 2 in the first embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 8, the positional deviation detecting optical system is different from the first embodiment shown in FIG. 2 in that an image forming lens 44 is used instead of the collimator lens 26, and an image transmission optical fiber is used instead of the multimode optical fiber 28. 43, and the folding mirror 42 is arranged instead of the epi-illumination mirror 24. The imaging lens 44 is for imaging the alignment mark (diffraction grating) 42 of the wafer 1 on the surface of the image transmission optical fiber 43, and a GRIN lens or a small spherical / aspherical lens can be used. As shown in FIG. 11, the image transmission optical fiber 43 is an optical fiber in which a large number of cores are fused and integrated in one optical fiber so as to share a clad, and the image of the incident end face is directly output. Can be reproduced. Therefore, the state of the alignment mark 45 on the wafer 1 can be reproduced in the light receiving optical system 4 by the combination of the image forming lens 44 and the image transmitting optical fiber 43. In addition, the folding mirror 42 directs the alignment light from the displacement detection optical system 3 to the coating surface 41 of the projection lens 7 or diffracted light reflected from the alignment mark 45 on the wafer 1 and reflected by the coating surface 41. Is again used to direct the light to the displacement detection optical system 3.
【0038】位置ずれ検出光学系3から折り返しミラー
42により上方に向けて出射されたアライメント光は、
投影レンズ7の最下面のコーティング面41で反射し、
これにより露光光6の光束内に入る。ウェハ1面上に
は、図10に示すような2次元回折格子45が設けられ
ている。この回折格子45は、X方向の回折格子とY方
向の回折格子を重ね合わせたものであり、X方向の回折
パターンは位置ずれを検出し、Y方向の回折パターンは
斜めに入射したアライメント光を再び斜め方向に同一角
度で回折するためのものである。たとえば、図7に戻
り、アライメント光8のウェハ1に対する入射角がαで
あるとき、Y方向のピッチPyは次式(7)となるよう
に決定される。The alignment light emitted upward from the displacement detection optical system 3 by the folding mirror 42 is
It reflects on the bottom coating surface 41 of the projection lens 7,
As a result, it enters the light flux of the exposure light 6. A two-dimensional diffraction grating 45 as shown in FIG. 10 is provided on the surface of the wafer 1. The diffraction grating 45 is formed by superimposing a diffraction grating in the X direction and a diffraction grating in the Y direction. The diffraction pattern in the X direction detects a positional deviation, and the diffraction pattern in the Y direction detects obliquely incident alignment light. It is for diffracting again at the same angle in the oblique direction. For example, returning to FIG. 7, when the incident angle of the alignment light 8 with respect to the wafer 1 is α, the pitch Py in the Y direction is determined to be the following expression (7).
【0039】 2Py・sinα=nλ (n=1,2,・・・) ・・・(7)2Py · sin α = nλ (n = 1, 2, ...) (7)
【0040】このようなY方向の回折パターンのおかげ
でアライメント光8は、ウェハ1上で回折されたのち再
び位置ずれ検出光学系3へと戻ることができる。By virtue of such a diffraction pattern in the Y direction, the alignment light 8 can be diffracted on the wafer 1 and then returned to the misregistration detection optical system 3.
【0041】次に、第2の実施例における受光光学系4
について、図9を参照して説明する。画像伝送光ファイ
バ43の出射端の像を拡大レンズ46で拡大し、そこに
アクチュエータ47,48により2次元的に駆動される
アパーチャ49を配置してある。このアパーチャ49に
より任意の位置にある位置合わせマークに対してそのマ
ークだけからのアライメント光を集光レンズ50を通し
て光検出器38により受光することが可能となる。この
様子を図12に示す。この図12から、3つの位置合わ
せワークの内、最も右側のものがアパーチャ49により
選択されている様子がわかる。これ以外の古い位置合わ
せマークは光検出器38で受光されない。Next, the light receiving optical system 4 in the second embodiment.
Will be described with reference to FIG. An image at the exit end of the image transmission optical fiber 43 is magnified by a magnifying lens 46, and an aperture 49 that is two-dimensionally driven by actuators 47 and 48 is arranged therein. This aperture 49 makes it possible for the photodetector 38 to receive alignment light from only the alignment mark at an arbitrary position through the condenser lens 50. This state is shown in FIG. It can be seen from FIG. 12 that the rightmost one of the three alignment works is selected by the aperture 49. Other old alignment marks are not received by the photodetector 38.
【0042】このような受光光学系4の構成をとる利点
は、次のように説明できる。すなわち、位置合わせマー
クは、ウェハがプロセス処理を受けるに従って次第に壊
れてゆくため、次々と新しい位置合わせマークを使う必
要性が生じる。OnAxisアライメントにおいては、
露光位置が即、位置合わせ位置であるため、このことは
位置合わせ時の位置合わせマーク45の位置が位置ずれ
検出光学系3に対してずれてゆくことを意味する。した
がって、上記アパーチャ49を動かすことにより、場所
が変わっても、最新の位置合わせマーク45からのアラ
イメント光のみを検出することにより、位置合わせマー
クが更新されても高い検出精度を維持できることにな
る。図12は古い位置合わせマークが受光光学系4の視
野からはずされていく様子も表わしている。The advantage of having such a configuration of the light receiving optical system 4 can be explained as follows. That is, the alignment marks are gradually broken as the wafer undergoes process processing, so that it becomes necessary to use new alignment marks one after another. In OnAxis alignment,
Since the exposure position is the alignment position immediately, this means that the position of the alignment mark 45 at the time of alignment is displaced with respect to the displacement detection optical system 3. Therefore, even if the position is changed by moving the aperture 49, only the alignment light from the latest alignment mark 45 is detected, so that high detection accuracy can be maintained even if the alignment mark is updated. FIG. 12 also shows that the old alignment mark is being removed from the visual field of the light receiving optical system 4.
【0043】以上、本発明につき第2の実施例を用いて
説明したが、本発明の第2の実施例においては、第1の
実施例において説明した利点の外に、露光中も位置合わ
せが可能であるという利点がある。このため、ウェハ1
が露光位置に来たときに、投影レンズ7に対して正確に
位置合わせされるため、重ね合わせ精度にウェハステー
ジ40の運動精度の影響を受けないような露光装置を構
成することが可能となる。The present invention has been described above using the second embodiment. However, in the second embodiment of the present invention, in addition to the advantages described in the first embodiment, alignment during exposure is also performed. It has the advantage of being possible. Therefore, the wafer 1
Is accurately aligned with the projection lens 7 when the exposure position reaches the exposure position, it is possible to configure an exposure apparatus in which overlay accuracy is not affected by the motion accuracy of the wafer stage 40. ..
【0044】以上のように、本実施例では、露光装置本
体とは離れた位置に配置された光源光学系2から、光フ
ァイバ20,21によりアライメント光を投影レンズ7
の直下に置かれた位置ずれ検出光学系3に導き、位置ず
れ検出光学系3からアライメント光をウェハ1の位置合
わせマーク25上に照射し、ウェハ1からの回折光34
を再び光ファイバ28,29により受光光学系4へ送
り、光検出器37,38でウェハ1の位置ずれ情報を持
ったビート光を電気信号に変換し、位相比較器39でウ
ェハ1の位置ずれ量を求め、これに基づきウェハステー
ジ40を動かし、ウェハ1の位置ずれ量が零になるよう
に制御することにより、投影レンズ7に対するウェハ1
の位置合わせを高精度で行なうことができる。As described above, in this embodiment, the alignment light is projected through the projection lens 7 from the light source optical system 2 arranged at a position away from the exposure apparatus main body by the optical fibers 20 and 21.
Is guided to the misalignment detection optical system 3 placed immediately below, and the alignment light from the misalignment detection optical system 3 is irradiated onto the alignment mark 25 of the wafer 1, and the diffracted light 34 from the wafer 1 is emitted.
Is again sent to the light receiving optical system 4 through the optical fibers 28 and 29, the photodetectors 37 and 38 convert the beat light having the positional deviation information of the wafer 1 into an electric signal, and the phase comparator 39 shifts the positional deviation of the wafer 1. The wafer 1 is moved with respect to the projection lens 7 by obtaining the amount and moving the wafer stage 40 based on the amount to control the displacement of the wafer 1 to zero.
Can be aligned with high accuracy.
【0045】次に、本発明の第3の実施例について、図
13を用いて説明する。本実施例においては、光源光学
系を除いては、上記第1および第2の実施例と同様な構
成および機能を有するので、以下には光源光学系につい
てのみ説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment has the same configuration and function as the first and second embodiments except for the light source optical system, and therefore only the light source optical system will be described below.
【0046】図13において、51は単一周波の直線偏
光コヒーレント光を発生するレーザ光源、52はアイソ
レータ、53,54は超音波を用いた音響光学変調器、
55,56は1/2λ波長板、57,58は集光レン
ズ、59はビームストッパである。20,21はこの光
源光学系2を上記した位置ずれ検出光学系3に結合する
ための偏波面保持光ファイバである。In FIG. 13, reference numeral 51 is a laser light source for generating linearly polarized coherent light of a single frequency, 52 is an isolator, and 53 and 54 are acousto-optic modulators using ultrasonic waves.
55 and 56 are 1/2 λ wavelength plates, 57 and 58 are condenser lenses, and 59 is a beam stopper. Reference numerals 20 and 21 denote polarization-maintaining optical fibers for coupling the light source optical system 2 to the above-described position shift detecting optical system 3.
【0047】光源51から出射されたコヒーレント光
は、アイソレータ52を通り、第1の音響光学変調器5
3により、変調を受けない0次回折光60と変調を受け
た1次回折光61とに分離される。1次回折光61は、
1/2λ波長板55を通過し、集光レンズ57で偏波面
保持光ファイバ20に結合される。変調を受けなかった
0次回折光60は、今度は第2の音響光学変調器54に
入り、変調を受けない0次回折光62と変調を受けた1
次回折光63とに分離され、0次回折光62はビームス
トッパ59で阻止され、1次回折光63は1/2λ波長
板56を通過し、偏波面保持光ファイバ21に結合され
る。ここで、アイソレータ52は、各光学素子表面から
反射されてレーザ光源51に戻ってくる光によるレーザ
光源51の不安定化を排除するために配置されている。
1/2λ波長板55,56は、1次回折光61,63の
偏光面と偏波面保持光ファイバ20,21の偏光面を一
致させるために挿入されている。このことは上記第1の
実施例中の光源光学系2で説明した通りである。The coherent light emitted from the light source 51 passes through the isolator 52 and the first acousto-optic modulator 5
According to 3, the 0-th order diffracted light 60 which is not modulated and the 1st-order diffracted light 61 which is modulated are separated. The first-order diffracted light 61 is
After passing through the ½λ wave plate 55, it is coupled to the polarization-maintaining optical fiber 20 by the condenser lens 57. The 0th-order diffracted light 60 that has not been modulated enters the second acousto-optic modulator 54 this time, and the 0th-order diffracted light 62 that has not been modulated and the 1st modulated
The 0th-order diffracted light 62 is separated into the 2nd-order diffracted light 63, the 0th-order diffracted light 62 is blocked by the beam stopper 59, and the 1st-order diffracted light 63 passes through the 1 / 2λ wavelength plate 56 and is coupled to the polarization-maintaining optical fiber 21. Here, the isolator 52 is arranged in order to eliminate destabilization of the laser light source 51 due to light reflected from the surface of each optical element and returning to the laser light source 51.
The ½λ wave plates 55 and 56 are inserted to match the polarization planes of the first-order diffracted lights 61 and 63 with the polarization planes of the polarization-maintaining optical fibers 20 and 21. This is as described for the light source optical system 2 in the first embodiment.
【0048】本実施例における光源光学系2は、図3に
示す第1の実施例における光源光学系2と異なり、レー
ザ光源51を2周波から単一周波にしたため、前記実施
例で問題となっていた2周波の混ざり込みによる位置ず
れ検出精度の悪化を完全に除去できるという利点があ
る。また、コヒーレント光を分割せずに、二つの音響光
学変調器53,54を1本の光軸に直列に配したことに
より、コヒーレント光のうちでアライメント光として利
用できる光線の割合を増大させることができる。The light source optical system 2 in this embodiment is different from the light source optical system 2 in the first embodiment shown in FIG. 3 because the laser light source 51 is changed from two frequencies to a single frequency. There is an advantage that it is possible to completely eliminate the deterioration of the positional deviation detection accuracy due to the mixing of the two frequencies. Further, by arranging the two acousto-optic modulators 53 and 54 in series on one optical axis without dividing the coherent light, it is possible to increase the ratio of light rays that can be used as alignment light in the coherent light. You can
【0049】すなわち、本実施例における光源光学系2
を、図14に示す光源光学系2のように、ビームスプリ
ッタ64により2分割してからそれぞれ音響光学変調器
53,54により変調するように構成してもよいが、こ
の場合、各音響光学変調器53,54における1次回折
光61,63の入射光に対する強度比をそれぞれP1,
P2とすると、レーザ光源51からのコヒーレント光の
うちでアライメント光として利用できる光の割合は、次
式(8)のようになる。That is, the light source optical system 2 in this embodiment.
May be divided into two by the beam splitter 64 and then modulated by the acousto-optic modulators 53 and 54, respectively, as in the light source optical system 2 shown in FIG. The intensity ratios of the first-order diffracted lights 61 and 63 in the containers 53 and 54 to the incident light are P1 and P1, respectively.
If P2 is set, the ratio of the light that can be used as the alignment light in the coherent light from the laser light source 51 is expressed by the following equation (8).
【0050】 (P1+P2)/2 ・・・(8)(P1 + P2) / 2 (8)
【0051】一方、図13に示す光源光学系2を用いた
場合は、アライメント光として利用できる光の割合は、
次式(9)のようになる。On the other hand, when the light source optical system 2 shown in FIG. 13 is used, the proportion of light that can be used as alignment light is
It becomes like the following formula (9).
【0052】 P1+(1−P1)・P2 ・・・(9)P1 + (1-P1) · P2 (9)
【0053】したがって、これら二つの式から分かるよ
うに、図13に示す光源光学系2を用いることによっ
て、次式(10)で表わされるだけの光量の利得がある
ことになる。Therefore, as can be seen from these two equations, by using the light source optical system 2 shown in FIG. 13, there is a gain of the amount of light represented by the following equation (10).
【0054】 1/2・(1−(1−P1)・(1−P2))>0 ・・・(10)1/2 · (1- (1-P1) · (1-P2))> 0 (10)
【0055】本実施例はまた、一般的に露光装置には複
数の位置合わせ装置が必要になるので、レーザ光源51
からのアライメント光強度が強い場合、アライメント光
を途中で分割することにより、1台の光源で複数の位置
合わせ装置にアライメント光を供給できることになり、
計測誤差の原因となる熱源を少なくすることができると
いう利点が生じる。In the present embodiment, the exposure apparatus generally requires a plurality of alignment devices, so that the laser light source 51 is used.
When the intensity of the alignment light from is strong, it is possible to supply the alignment light to a plurality of alignment devices with one light source by dividing the alignment light in the middle.
There is an advantage that the heat source that causes the measurement error can be reduced.
【0056】また、通常回折光強度は、音響光学変調器
53,54に与えられる振動数に依存しており、コント
ラストの高いビート光を得るためには、2本のアライメ
ント光強度ができるだけ等しくなるように音響光学変調
器53,54を配置する必要があり、図14に示す構成
では、回折光の強度差がそのままアライメント光の強度
差になっているが、図13に示す構成では、強度の低い
音響光学変調器53を光源上流側に配置することによ
り、アライメント光の強度差を緩和することができる。Further, the intensity of the diffracted light usually depends on the frequency given to the acousto-optic modulators 53 and 54, and in order to obtain the beat light with high contrast, the intensities of the two alignment lights are as equal as possible. It is necessary to arrange the acousto-optic modulators 53 and 54 as described above. In the configuration shown in FIG. 14, the intensity difference of the diffracted light becomes the intensity difference of the alignment light as it is, but in the configuration shown in FIG. By disposing the low acousto-optic modulator 53 on the upstream side of the light source, it is possible to reduce the intensity difference of the alignment light.
【0057】以上、本発明につき第3の実施例を用いて
説明したが、本実施例では、第1および第2の実施例に
おいて説明した利点以外に、強度の高いアライメント光
と両アライメント光の強度差を小さくできるため、コン
トラストの高いビート光が得られ、位置合わせ精度を向
上させることができる利点がある。また、光学系を構成
する素子の総数を減らせることにより、光学系の機械的
強度をあげることができるという利点も有する。The present invention has been described above using the third embodiment. However, in this embodiment, in addition to the advantages described in the first and second embodiments, high intensity alignment light and both alignment light Since the intensity difference can be reduced, beat light with high contrast can be obtained, and there is an advantage that the alignment accuracy can be improved. Further, there is also an advantage that the mechanical strength of the optical system can be increased by reducing the total number of elements constituting the optical system.
【0058】[0058]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、位置ず
れ検出光学系と光源光学系と受光光学系を柔軟性を有す
る光導波路で結合することにより、位置ずれ検出光学系
を小型化し、装置への実装を容易にすることができる。
したがって、極めて限られたスペースしかない投影レン
ズ直下に位置ずれ検出光学系を配置することができ、振
動・大気の影響や装置の熱変形の影響を極小化した高精
度なアライメント系を有する露光装置を実現することが
できる。As described above, according to the present invention, the position shift detecting optical system, the light source optical system, and the light receiving optical system are coupled by the optical waveguide having flexibility, so that the position shift detecting optical system can be downsized. , Can be easily mounted on the device.
Therefore, it is possible to dispose the misalignment detection optical system directly below the projection lens, which has an extremely limited space, and to provide an exposure apparatus having a highly accurate alignment system that minimizes the effects of vibration and atmosphere and thermal deformation of the apparatus. Can be realized.
【図1】本発明の実施例における露光装置の基本構成を
示す概略構成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of an exposure apparatus in an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例におけるアライメント光
をウェハに照射する位置ずれ検出光学系の概略構成図FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a positional deviation detection optical system that irradiates a wafer with alignment light according to the first embodiment of the present invention.
【図3】同第1の実施例におけるレーザ光を発生する光
源光学系の概略構成図FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a light source optical system that generates laser light in the first embodiment.
【図4】同第1の実施例におけるレーザ光源の偏光状態
を示す偏光方向図FIG. 4 is a polarization direction diagram showing the polarization state of the laser light source in the first embodiment.
【図5】同第1の実施例におけるコリメータレンズの空
間フィルタとしての働きを示す模式図FIG. 5 is a schematic diagram showing the function of the collimator lens as a spatial filter in the first embodiment.
【図6】同第1の実施例におけるアライメント光を受光
する受光光学系の概略構成図FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a light receiving optical system that receives alignment light in the first embodiment.
【図7】本発明の第2の実施例におけるOnAxisア
ライメントを実施するための構成を示す部分拡大断面図FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing a configuration for performing OnAxis alignment in the second embodiment of the present invention.
【図8】同第2の実施例における位置ずれ検出光学系の
概略構成図FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a positional deviation detection optical system in the second embodiment.
【図9】同第2の実施例における受光光学系の概略構成
図FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a light receiving optical system in the second embodiment.
【図10】同第2の実施例における2次元回折格子から
なる位置合わせマークの部分平面図FIG. 10 is a partial plan view of an alignment mark composed of a two-dimensional diffraction grating in the second embodiment.
【図11】同第2の実施例における画像伝送光ファイバ
の概略断面図FIG. 11 is a schematic sectional view of an image transmission optical fiber according to the second embodiment.
【図12】同第2の実施例における位置合わせマークの
更新方法を説明するための模式図FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a method of updating an alignment mark according to the second embodiment.
【図13】本発明の第3の実施例における光源光学系の
概略構成図FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a light source optical system in a third embodiment of the present invention.
【図14】同第3の実施例における光源光学系の変形例
を示す概略構成図FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a modification of the light source optical system in the third embodiment.
【図15】従来の露光装置の一例を示す概略構成図FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional exposure apparatus.
1 ウェハ 2 光源光学系 3 位置ずれ検出光学系 4 受光光学系 5 レチクル 6 露光光 7 投影レンズ 8 アライメント光 12 レーザ光源 20,21 偏波面保持光ファイバ(第1の光ファイ
バ) 25,45 位置合わせマーク(回折格子) 28,29 マルチモード光ファイバ(第2の光ファイ
バ) 32 回折格子(位置ずれ検出の基準) 37,38 光検出器 39 位相比較器 40 ウェハステージ 43 画像伝送光ファイバ 49 アパーチャ 51 レーザ光源 52 アイソレータ 53,54 音響光学変調器 55,56 波長板 57,58 集光レンズ 59 ビームストッパ 60,62 0次回折光 61,63 1次回折光 64 ビームスプリッタ1 wafer 2 light source optical system 3 misregistration detection optical system 4 light receiving optical system 5 reticle 6 exposure light 7 projection lens 8 alignment light 12 laser light source 20, 21 polarization maintaining optical fiber (first optical fiber) 25, 45 alignment Mark (diffraction grating) 28,29 Multimode optical fiber (second optical fiber) 32 Diffraction grating (reference for positional deviation detection) 37,38 Photodetector 39 Phase comparator 40 Wafer stage 43 Image transmission optical fiber 49 Aperture 51 Laser light source 52 Isolator 53,54 Acousto-optic modulator 55,56 Wave plate 57,58 Condenser lens 59 Beam stopper 60,62 0th-order diffracted light 61,63 1st-order diffracted light 64 Beam splitter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久 保 圭 司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐 藤 健 夫 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Keiji Kubo, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. No. 1 Matsushita Giken Co., Ltd.
Claims (10)
投影レンズに対して位置決めするために、コヒーレント
なアライメント光を出射する光源光学系と、前記アライ
メント光を物体上に照射して戻ってきた回折光を受光す
る位置ずれ検出光学系と、受光した回折光を検出する受
光光学系と、前記3つの光学系を順に結合する柔軟性を
有する光導波路とを備えた露光装置。1. A light source optical system that emits coherent alignment light for positioning an object placed on the image plane of the projection lens with respect to the projection lens, and irradiates the alignment light onto the object and returns the alignment light. An exposure apparatus that includes a positional deviation detection optical system that receives the diffracted light that has been received, a light receiving optical system that detects the received diffracted light, and an optical waveguide that has the flexibility to sequentially couple the three optical systems.
てコヒーレントなアライメント光を出射する光源光学系
と、前記光源光学系に第1の光ファイバを介して接続さ
れて投影レンズの近傍に配置された位置ずれ検出光学系
と、前記位置ずれ検出光学系に第2の光ファイバを介し
て接続されて露光装置本体とは離れた位置に配置された
受光光学系とを備え、前記光源光学系から前記第1の光
ファイバを介して位置ずれ検出光学系によりウェハ上の
回折格子にアライメント光を照射し、前記ウェハからの
回折光を前記第2の光ファイバを介して前記受光光学系
へ導き、この受光した回折光からウェハの位置ずれ量を
求めることを特徴とする露光装置。2. A light source optical system arranged at a position distant from the exposure apparatus main body and emitting coherent alignment light, and a light source optical system connected to the light source optical system via a first optical fiber and near a projection lens. The light source optical system includes: a positional deviation detection optical system arranged; and a light receiving optical system connected to the positional deviation detection optical system via a second optical fiber and arranged at a position apart from the exposure apparatus main body. From the optical system through the first optical fiber to irradiate the diffraction grating on the wafer with the alignment light by the positional deviation detection optical system, and the diffracted light from the wafer to the light receiving optical system via the second optical fiber. An exposure apparatus that guides and obtains the amount of wafer displacement from the received diffracted light.
る2つの光束を2本の第1の光ファイバでそれぞれ位置
ずれ検出光学系に導き、前記位置ずれ検出光学系からウ
ェハの回折格子上にそれぞれ特定の入射角度で照射され
て戻ってきた2つの光束を2本の第2の光ファイバでそ
れぞれ受光して受光光学系に導くことを特徴とする請求
項2記載の露光装置。3. The two light fluxes having different frequencies emitted from the light source optical system are respectively guided to the positional deviation detecting optical system by the two first optical fibers, and the positional deviation detecting optical system is arranged on the diffraction grating of the wafer. 3. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the two light fluxes that have been irradiated to and returned to the respective two at a specific incident angle are respectively received by the two second optical fibers and guided to the light receiving optical system.
る光源光学系は、2周波のコヒーレント光を発生する光
源と、前記2周波のコヒーレント光を分離するための偏
光光学素子とを備えたことを特徴とする請求項3記載の
露光装置。4. A light source optical system that emits coherent alignment light includes a light source that generates two-frequency coherent light and a polarizing optical element that separates the two-frequency coherent light. The exposure apparatus according to claim 3.
る光源光学系は、1周波のコヒーレント光を発生する光
源と、その光軸上に直列に配されて、周波数のわずかに
異なる回折光を順次出力する二つの音響光学変調器とを
備えたことを特徴とする請求項3記載の露光装置。5. A light source optical system that emits coherent alignment light is arranged in series on the optical axis of a light source that generates coherent light of one frequency, and sequentially outputs diffracted light of slightly different frequencies. The exposure apparatus according to claim 3, further comprising two acousto-optic modulators.
る光源光学系は、1周波のコヒーレント光を発生する光
源と、前記コヒーレント光を2光束に分割するビームス
プリッタと、それぞれの光束を入射して周波数のわずか
に異なる回折光を順次出力する二つの音響光学変調器と
を備えたことを特徴とする請求項3記載の露光装置。6. A light source optical system that emits coherent alignment light, a light source that generates coherent light of one frequency, a beam splitter that splits the coherent light into two light beams, and a light beam that enters each light beam to generate a The exposure apparatus according to claim 3, further comprising two acousto-optic modulators that sequentially output slightly different diffracted lights.
を互いに干渉させることを特徴とする請求項3から6の
いずれかに記載の露光装置。7. The exposure apparatus according to claim 3, wherein diffracted lights having two light fluxes on the wafer interfere with each other.
ずれ検出の基準を持ち、光ファイバが周囲の環境から受
ける外乱に対して位置ずれ検出精度の低下を防止したこ
とを特徴とする請求項3から7のいずれかに記載の露光
装置。8. The misregistration detection optical system has a misregistration detection reference therein, and prevents the misregistration detection accuracy from being deteriorated with respect to a disturbance received by the optical fiber from the surrounding environment. The exposure apparatus according to any one of Items 3 to 7.
するアライメント光を投影レンズの最下面のコーティン
グ面で反射させてからウェハ上に照射するとともに、ウ
ェハ上からの回折光をこのコーティング面で反射させて
から位置ずれ検出光学系に取り込むことを特徴とする請
求項3から8のいずれかに記載の露光装置。9. The alignment light emitted from the misregistration detection optical system onto the wafer is reflected on the lowermost coating surface of the projection lens and then applied onto the wafer, and the diffracted light from the wafer is reflected onto this coating surface. The exposure apparatus according to any one of claims 3 to 8, wherein the exposure apparatus is reflected and then taken into a positional deviation detection optical system.
光ファイバとしてウェハ上の回折格子の拡大像をアパー
チャに結像させ、前記アパーチャの位置を制御すること
により、前記回折格子が更新された場合にその最も新し
いものを受光可能としたことを特徴とする請求項9記載
の露光装置。10. A case where the diffraction grating is updated by forming an enlarged image of a diffraction grating on a wafer on an aperture by using one of the second optical fibers as an image transmission optical fiber and controlling the position of the aperture. 10. The exposure apparatus according to claim 9, wherein the most recent one is capable of receiving light.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4015526A JPH0562881A (en) | 1991-04-24 | 1992-01-30 | Aligner |
US07/872,216 US5329354A (en) | 1991-04-24 | 1992-04-22 | Alignment apparatus for use in exposure system for optically transferring pattern onto object |
DE69208713T DE69208713T2 (en) | 1991-04-24 | 1992-04-23 | Adjustment device of an exposure system for the optical transfer of patterns to objects |
EP92106947A EP0510641B1 (en) | 1991-04-24 | 1992-04-23 | Alignment apparatus for use in exposure system for optically transferring pattern onto object |
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JP9442791 | 1991-04-24 | ||
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0562881A true JPH0562881A (en) | 1993-03-12 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4015526A Pending JPH0562881A (en) | 1991-04-24 | 1992-01-30 | Aligner |
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JP (1) | JPH0562881A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021522538A (en) * | 2018-05-16 | 2021-08-30 | エーエスエムエル ホールディング エヌ.ブイ. | Highly stable collimator assembly, lithography equipment and methods |
CN114096920A (en) * | 2019-07-24 | 2022-02-25 | Asml控股股份有限公司 | On-chip wafer alignment sensor |
-
1992
- 1992-01-30 JP JP4015526A patent/JPH0562881A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021522538A (en) * | 2018-05-16 | 2021-08-30 | エーエスエムエル ホールディング エヌ.ブイ. | Highly stable collimator assembly, lithography equipment and methods |
CN114096920A (en) * | 2019-07-24 | 2022-02-25 | Asml控股股份有限公司 | On-chip wafer alignment sensor |
CN114096920B (en) * | 2019-07-24 | 2024-10-29 | Asml控股股份有限公司 | Chip wafer alignment sensor |
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